Progettazione e realizzazione di una base robotica bilanciante su ...

10 Capitolo 2. Stato dell’artenella realizzazione del robot, progettare un sistema di controllo dei motoriche sia in grado di inseguire con alta precisione un setpoint in coppia, perrispettare le condizioni simulate.Sulla base delle tipologie di controllo classiche sono state sviluppati ancheforme di controllo ibride, ad esempio sfruttando la logica fuzzy per lataratura dei parametri di un controllore PID[11], oppure introducendo dellereti neurali per stimare i comportamenti non lineari del sistema[12].Il problema del bilanciamento di un pendolo inverso è stato approfonditamentestudiato anche nel campo dell’apprendimento automatico. Oltreai già citati A.G. Barto e R.S. Sutton, che hanno utilizzato proprio questoproblema per valutare l’efficacia delle tecniche da loro presentate, molti altriricercatori hanno avuto successo nel mantenere in equilibrio una strutturaa pendolo inverso utilizzando soluzioni completamente differenti rispetto aquelle mostrate fino ad ora.Sono stati presentati studi in cui una rete neurale viene dapprima utilizzataper prevedere il comportamento dinamico del sistema, senza basarsi su unmodello, e quindi espansa al fine di imparare una strategia di controllo ingrado di far seguire alle variabili di stato delle traiettorie predefinite[13].Altri approcci model-free sono stati proposti sfruttando il paradigma dell’apprendimentoper rinforzo[14], in cui l’algoritmo di controllo viene addestratoosservando una serie di dati raccolti mentre il robot esegue azioni completamentecasuali. Sulla base dello spazio visitato, l’algoritmo riesce ad apprenderela dinamica del moto in relazione all’azione compiuta e a generalizzarela conoscenza acquisita per estenderla anche a stati mai visitati, ricavandoun modello del sistema. Viene quindi stimata una politica di controllo ingrado di mantenere l’equilibrio del robot ed inseguire un determinato setpoint.Questa tecnica ha mostrato ottimi risultati al simulatore, rendendointeressante una sua applicazione ad un robot reale.In questo lavoro di tesi ci si propone di realizzare una piattaforma mobilebilanciante di dimensioni tali da rendere possibile il movimento in ambientidomestici e l’interazione con l’uomo, in grado di trasportare eventualidispositivi accessori e capace di seguire un profilo di velocità. Dopo averprogettato e realizzato l’hardware, ci si concentrerà sulla strategia di controllo,analizzando sia gli approcci classici, quali controllori PID e LQR,sia tecniche innovative basate sull’apprendimento per rinforzo, che hannomostrato risultati promettenti nell’ambiente simulato.